发酵工程_7发酵工业中氧的供给.ppt

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1、第七章发酵工业中氧的供需本章内容微生物对氧的需求(为什么要供氧？为什么要控制溶氧？）发酵过程中氧的传递（如何实现供氧？如何控制溶氧？）发酵过程耗氧与供氧的动态关系影响氧传递的因素发酵过程中氧传递效率摄氧率、溶解氧、KLa的测定微生物对氧的需求（一）氧在微生物发酵中的作用（二）可利用氧的特征（三）微生物的耗氧特征（四）溶解氧控制的意义（一）氧在微生物发酵中的作用（对于好气性微生物而言）呼吸作用直接参与一些生物合成反应（二）可利用氧的特征只有溶解状态的氧才能被微生物利用。氧在水中的溶解度0.25mol/m3,在发酵液中更小，0.21mol/m3（三）微生物的耗氧特征1.微生物需

2、氧量的表示方式(1)呼吸强度（比耗氧速率）QO2：单位质量干菌体在单位时间内消耗氧的量。单位：mmolO2/（kg干菌体·h）。(2)摄氧率γ（耗氧速率）：单位体积发酵液在单位时间内消耗氧的量。单位：γ=QO2·XX—以干菌体质量表示的细胞浓度，kg(干重)/m32.QO2与溶氧浓度CL关系k0：亲和常数（半饱和常数）.k0越大，亲和能力越小。不同微生物的k0特征值不一样，可以此作为通气操作的依据。Ccr：临界氧浓度。各种微生物对发酵液中溶氧浓度有一个最低要求，即不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度。酵母4.6*10-3mmol.L-1,1.8%产黄青霉2.2*10-2mmol·L

3、-1,8.8%(1)当CL>Ccr时，QO2＝(QO2)m(2)当CL

4、QO2↓培养基的成分和浓度碳源种类耗氧速率：油脂或烃类>葡萄糖>蔗糖>乳糖培养基浓度浓度大,QO2↑;浓度小,QO2↓菌龄的影响:一般幼龄菌QO2大,晚龄菌QO2小发酵条件的影响pH值→通过酶活来影响耗氧特征;温度→通过酶活及溶氧来影响耗氧特征：T↑,DO2↓代谢类型(发酵类型)的影响若产物通过TCA循环获取,则QO2高,耗氧量大若产物通过EMP途径获取,则QO2低,耗氧量小溶解氧浓度对细胞生长和产物合成的影响可能是不同的，所以须了解长菌阶段和代谢产物形成阶段的最适需氧量。eg.谷氨酸发酵氧传递速率已成为许多好气性发酵产量的限制因素。氧的溶解度低，通气时空气中氧的利用率低，因

5、此提高传氧效率,就能大大降低空气消耗量,从而降低设备费和动力消耗。（四）溶解氧控制的意义发酵过程中氧的传递（一）供氧的实现形式（二）发酵过程中氧的传递1.氧的传递途径与传质阻力2.气体溶解过程的双膜理论3.氧传递方程（一）供氧的实现形式摇瓶水平：摇床转速慢，装量多搅拌缓和，通气缓和表面通气，膜透析（扩散）摇瓶水平：转速快，装量少通无菌空气并搅拌气升式发酵罐水平发酵罐需氧量小需氧量大（二）发酵过程中氧的传递1.氧的传递途径与传质阻力氧从气泡到细胞的传递过程示意图气膜传递阻力1/kG气液界面传递阻力1/kI液膜传递阻力1/kL液相传递阻力1/kLB细胞或细胞团表面的液膜阻力1/k

6、LC固液界面传递阻力1/kIS细胞团内的传递阻力1/kA细胞膜、细胞壁阻力1/kW反应阻力1/kR供氧方面的阻力耗氧方面的阻力供氧方面主要阻力是气膜和液膜阻力耗氧方面主要阻力是细胞团内与细胞膜阻力2.气体溶解过程的双膜理论气泡和包围着气泡的液体之间存在着界面，在界面的气泡一侧存在着一层气膜，在界面液体一侧存在着一层液膜；气膜内气体分子和液膜内液体分子都处于层流状态，氧以浓度差方式透过双膜；气泡内气膜以外的气体分子处于对流状态，称为气体主流，任一点氧浓度，氧分压相等；液膜以外的液体分子处于对流状态，称为液体主流，任一点氧浓度、氧分压相等。（1）三点假设双膜理论的气液接触在双膜之

7、间界面上，氧分压与溶于液体中氧浓度处于平衡关系氧传递过程处于稳定状态时，传质途径上各点的氧浓度不随时间而变化。双膜理论的气液接触(2)传质理论传质达到稳态时，总的传质速率与串联的各步传质速率相等，则单位接触界面氧的传递速率为：nO2—单位接触界面的氧传递速率，P、Pi—气相中和气、液界面处氧的分压，MPaCL、Ci—液相中和气、液界面处氧的浓度，kG—气膜传质系数，kL—液膜传质系数，m/h若改用总传质系数和总推动力，则在稳定状态时，KG—以氧分压差为总推动力的总传质系数，KL—以氧浓度差为总推动力的总